◆ 일반적인 PVD는 nonequilibrium상태의 박막 성장을 유도한다. 따라서 열역학과 동역학적 이해가 함께 고려되어 질 때, 결과로 형성되는 박막의 물리적, 화학적 특성을 파악할 수 있다. 저온에서 multi-phase 티타늄 서브산화박막의 성장을 supercooling 관점에서 도식화하면, 초기의 상태는 비정질의 TiOx(x≤2)의 phase가 형성되고, Oswald step rule 에 근거한 Solid-state- disproportionation을 통해 여러 phase로 전이 된다. 동역학적 요소가 전이 과정을 제어하며 스퍼터링 공정에서는 플라즈마 에너지가 크게 관여함을 이미 확인한 바 있다. 또한, 만들어진 phase가 준안정 상태일 경우 후속 전이 과정도 가능하게 된다. 이에 대한 이해를 기반으로, 제안하는 연구에서는 1) 저온 영역(특히 300°C 이하)에서, 다양한 플라즈마 조건(파워 변화를 통해 성장표면에 전달되는 에너지 조절)에서 TiOX 박막의 supercooling 과정을 이해하고, 2) 3차원의 (온도, 플라즈마 에너지, 산소량 x) phase diagram을 완성하고자 한다. ◆ 저온 공정으로 성장한 서브산화박막은 나노 사이즈의 multi-phase를 갖게 되는데, 이들의 네트워크, 집합적 기하학 구조와 이에 관련된 박막의 전기적, 광학적 특성을 연구할 계획이다. 에너지 밴드갭(Eg)과 일합수가 다른 hetero-phase 사이에 형성되는 junction에서는 energy band bending이 생기는데, 이는 photo-exited carriers인 전자와 정공쌍의 재결합을 저지하여 효과적으로 분리되도록 도와준다. 결국 전자와 정공에 의한 표면 반응을 이용한 응용에 있어서, energy band bending은 주요한 인자로써 역할을 하게 된다. ◆ 제안하는 연구에서는, 3차원 phase diagram 의 이해를 기반으로 조절 가능한 multi- phase의 서브산화박막을 성장하고 이 산화박막의 집합적 기하학적 구조 변화에 따른 bend bending 을 모니터링한 후에 광촉매 특성과의 연계성을 파악하려고 한다. 광촉매로써 티타늄 서브산화막의 최적화된 multi-phase간 비율과 이들 사이 heterojunction의 형태와 밀도를 연구 하도록 하겠다.

◆ 일반적인 PVD는 nonequilibrium상태의 박막 성장을 유도한다. 따라서 열역학과 동역학적 이해가 함께 고려되어 질 때, 결과로 형성되는 박막의 물리적, 화학적 특성을 파악할 수 있다. 저온에서 multi-phase 티타늄 서브산화박막의 성장을 supercooling 관점에서 도식화하면, 초기의 상태는 비정질의 TiOx(x≤2)의 phase가 형성되고, Oswald step rule 에 근거한 Solid-state- disproportionation을 통해 여러 phase로 전이 된다. 동역학적 요소가 전이 과정을 제어하며 스퍼터링 공정에서는 플라즈마 에너지가 크게 관여함을 이미 확인한 바 있다. 또한, 만들어진 phase가 준안정 상태일 경우 후속 전이 과정도 가능하게 된다. 이에 대한 이해를 기반으로, 제안하는 연구에서는 1) 저온 영역(특히 300°C 이하)에서, 다양한 플라즈마 조건(파워 변화를 통해 성장표면에 전달되는 에너지 조절)에서 TiOX 박막의 supercooling 과정을 이해하고, 2) 3차원의 (온도, 플라즈마 에너지, 산소량 x) phase diagram을 완성하고자 한다. ◆ 저온 공정으로 성장한 서브산화박막은 나노 사이즈의 multi-phase를 갖게 되는데, 이들의 네트워크, 집합적 기하학 구조와 이에 관련된 박막의 전기적, 광학적 특성을 연구할 계획이다. 에너지 밴드갭(Eg)과 일합수가 다른 hetero-phase 사이에 형성되는 junction에서는 energy band bending이 생기는데, 이는 photo-exited carriers인 전자와 정공쌍의 재결합을 저지하여 효과적으로 분리되도록 도와준다. 결국 전자와 정공에 의한 표면 반응을 이용한 응용에 있어서, energy band bending은 주요한 인자로써 역할을 하게 된다. ◆ 제안하는 연구에서는, 3차원 phase diagram 의 이해를 기반으로 조절 가능한 multi- phase의 서브산화박막을 성장하고 이 산화박막의 집합적 기하학적 구조 변화에 따른 bend bending 을 모니터링한 후에 광촉매 특성과의 연계성을 파악하려고 한다. 광촉매로써 티타늄 서브산화막의 최적화된 multi-phase간 비율과 이들 사이 heterojunction의 형태와 밀도를 연구 하도록 하겠다.

본 과제는 다양한 N 농도의 우수한 TiON 박막을 상온에서 제작해 열반사판 유리 및 광촉매 소재로 활용 가능성을 확인하는 연구임. 연구 목표는 vacancy 농도가 높은 티타늄 산화막을 시작 물질로, 비평형 산화/질화 플라즈마 공정을 통해 반응 활성도를 높이되 최적화된 플라즈마 에너지로 불필요한 결정 결함을 줄이는 데 있음. 핵심 연구 내용은 Ti 타겟 스퍼터링으로 상온 유리 기판에 TiO 박막을 성장하고, O/Ar 가스 흐름율과 플라즈마 파워로 플라즈마 species의 에너지 분포를 조절해 TixOy→TiON 박막으로 형성하며 TiON/TiO 이중 박막 구조를 연구하는 점임. 기대효과는 heat mirror 성능 개선 및 광촉매로서 신재생 에너지·청정 환경 응용 확장 가능성임.

본 과제는 TiON(TiON/TiO) 박막을 상온에서 제작해 열반사판 유리와 광촉매 재료로 활용 가능성을 높이는 연구임. 연구 목표는 vacancy 농도가 높은 티타늄 산화막을 시작 물질로 비평형 산화/질화 플라즈마 공정을 적용하여 폭넓은 N 농도의 우수한 퀄리티 TiON 박막을 얻는 데 있음. Ti 타겟 스퍼터링 후 플라즈마 파워와 O/Ar 가스 흐름율로 species의 에너지 분포를 최적화하고, 열역학 요소를 고려해 불필요한 결정 결함 생성 가능성을 줄임. 기대효과는 플라즈마 기반 이중 박막 구조의 내구성·공정 편이성 향상 및 광촉매용 TiON의 에너지 변환·환경 정화 적용 가능성 확대임.